CN201994353U - 一种电池的盖帽组件及一种锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池的盖帽组件，包括：电连接组件以及设于电连接组件外侧的密封圈，所述电连接组件包括依次电连接的防爆板、PTC和上帽；所述上帽、PTC、防爆板依次层叠置于密封圈中，所述防爆板的边缘向上翻边包裹所述PTC和上帽，上帽与防爆板之间还设置有绝缘圈；其中，所述PTC包括PTC本体及设于PTC本体上、下表面的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层与所述上帽相焊接，所述第二金属层与所述防爆板相焊接。另外，本实用新型还提供了一种采用上述盖帽组件的锂电池。本实用新型的盖帽组件在电池的长期使用过程中，阻抗值不会发生飘移或升高。

Description

一种电池的盖帽组件及一种锂电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种盖帽组件和使用该盖帽组件的锂电池。

背景技术

随着IT产业的迅猛发展，台式电脑已转向轻巧便携带的笔记本电脑，各式各样小巧轻便的数码产品，如数码相机、摄影机等也都逐渐取代了传统产品。而这些相关产品动力来源都是可充电的化学电池（主要应用圆柱形锂离子电池，如圆形1865型等，优点是圆形电池比方形电池体积小、组装制作方便），且需求量逐年递增，电池的好坏直接影响该产品的性能。

作为上述产品所用电池，与传统的铅酸电池、镍氢电池相比，圆柱形锂离子电池以其高容量、循环寿命长、无污染、工作电压高、安全性好等一系列优点受到高度重视，取得了快速发展，数码产品所用电池基本上都是锂离子电池。

现有的锂电池由外壳、电芯、盖帽组件组成。其中，外壳的一端设有开口，电芯由正极片、隔膜和负极片卷绕形成，其置于外壳中并通过第一极耳、第二极耳引出，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接，外壳内还注入有电解液；充电时锂离子由正极脱出通过电解液、隔膜嵌入负极，放电时锂离子由负极脱出通过电解液、隔膜嵌入到正极。值得一提的是，盖帽组件用于密封外壳的开口，兼具密封和保护作用。如图1所示，现有的盖帽组件，包括电连接组件和设于电连接组件外侧的密封圈7'，电连接组件包括依次电连接的孔板6'、防爆板4'、PTC 3'和上帽1'；所述上帽1'、PTC 3'、防爆板4'、孔板6'依次层叠置于密封圈7'中，通过防爆板4'的边缘向上翻边包裹所述PTC 3'和上帽1'，所述上帽1'与防爆板4'之间还设置有用于防止上帽1'与防爆板4'电接触的绝缘圈2'，防爆板4'与孔板6'之间还设有孔板垫圈5'，PTC 3'紧紧贴合于上帽1'与防爆板4'之间。这种组合方式为叠片折弯固定接触式，这种组合方式的盖帽组件使用在锂电池中，在锂电池的长期使用过程中，由于外界震动及固定件（如防爆板）老化，上帽1'、防爆板4'与PTC 3'之间会出现接触不良，上帽1'、防爆板4'与PTC 3'之间的接触内阻会发生飘移或升高的现象，最终导致电池自放电大，使用过程中发热严重，更甚者导致电池内部短路或起火，引起较大的安全事故。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是在现有技术中的电池的盖帽组件中，PTC和上帽通过防爆板的边缘向上翻边包裹进行固定，PTC贴合于上帽与防爆板之间，由于外界震动及固定件老化，上帽、防爆板与PTC之间的接触内阻会发生飘移或升高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电池的盖帽组件，包括：包括：电连接组件以及设于电连接组件外侧的用于防止电连接组件与电池外壳电接触的密封圈，所述电连接组件包括依次电连接的防爆板、PTC和上帽；所述上帽、PTC、防爆板依次层叠置于密封圈中，所述防爆板的边缘向上翻边包裹所述PTC和上帽，上帽与防爆板之间还设置有用于防止上帽与防爆板电接触的绝缘圈；其中，所述PTC包括PTC本体及设于PTC本体上、下表面的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层与所述上帽相焊接，所述第二金属层与所述防爆板相焊接。

在所述的盖帽组件，优选地，所述上帽上开设有通孔，所述PTC的上表面开设有与所述通孔相通的第一沉孔，所述第一沉孔穿过第一金属层和PTC本体，所述第二金属层位于所述第一沉孔内的部分为第一点焊区，所述防爆板与所述第一点焊区相焊接。

在所述的盖帽组件，优选地，所述PTC的下表面开设有第二沉孔，所述第二沉孔穿过第二金属层和PTC本体，所述第一金属层位于所述第二沉孔内的部分为第二点焊区，所述上帽与所述第二点焊区相焊接。

在所述的盖帽组件，优选地，所述上帽包括设于中部的凸起部及围绕该凸起部设置的连接部；所述通孔开设于所述连接部，通孔的直径小于所述连接部的径向尺寸。

在所述的盖帽组件，优选地，所述通孔为1-6个，通孔的直径为所述连接部的径向尺寸的1/6~1/3。

在所述的盖帽组件，优选地，所述通孔为两个，该两个通孔为中心对称设置。

在所述的盖帽组件，优选地，其特征在于，所述PTC为环形PTC，所述第一沉孔和第二沉孔分别为1-6个，第一沉孔和第二沉孔的直径分别为所述PTC的径向尺寸的1/6~1/3，所述第一沉孔的数量和尺寸与所述通孔的数量和尺寸相一致。

在所述的盖帽组件，优选地，所述第一沉孔为两个，该两个第一沉孔呈中心对称设置。

在所述的盖帽组件，优选地，所述第二沉孔为两个，该两个第二沉孔呈中心对称设置；并且两个第二沉孔的连线与两个第一沉孔的连线呈20-160°。

另外，本实用新型还提供了一种锂电池，包括：外壳、用于封闭外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成的空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；所述盖帽组件采用如上所述的盖帽组件。

本实用新型的盖帽组件将PTC上表面的第一金属层与所述上帽相焊接，PTC下表面的第二金属层与所述防爆板相焊接，由于PTC与上帽、防爆板之间为焊接方式连接，降低了盖帽组件本身的阻抗值，并且焊接式连接使得盖帽组件在电池后期长时间的使用过程中，不会因外界震动及固定件老化，接触面接触不良而使得盖帽组件的阻抗值发生飘移或升高。

附图说明

图1为现有技术中的锂电池的盖帽组件的剖视图。

图2为本实用新型优选实施例的锂电池的盖帽组件的剖视图。

图3为图2所示的盖帽组件的立体分解示意图。

图4为图2中所示的PTC的主视图。

图5为图4所示的PTC沿A-A方向的剖视图。

图6为图4所示的PTC沿B-B方向的剖视图。

图7为本实用新型优选实施例的锂电池的剖视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图具体描述本实用新型的具体实施方式。

如图7所示，本实用新型提供了一种锂电池，包括外壳20、盖帽组件10以及位于外壳20和盖帽组件10所围成空腔内的电芯30和电解液；电芯30上引出有第一极耳和第二极耳（未图示），其中第一极耳与外壳20电连接，第二极耳与盖帽组件10电连接。

本实用新型中，对于第一极耳、第二极耳的正、负极性没有特殊限定，即对盖帽组件10与正极电连接或与负极电连接没有特殊限定。例如：可以第一极耳为正极，第二极耳为负极；也可第一极耳为负极，第二极耳为正极。通常情况下，第一极耳为负极，第二极耳为正极；即外壳20与负极电连接，盖帽组件10与正极电连接。

本实用新型的锂电池中，电芯30即所谓正极片、隔膜、负极片经卷绕或者若干多次重复叠置而形成的提供电能的组件。电芯30中正极片上引出正极极耳，负极片上引出负极极耳，正极极耳、负极极耳再通过焊接的方式分别与外壳20、盖帽组件10电连接。至于正极片、负极片、隔膜的制造方法，及其他电芯制造工艺等均为本领域技术人员所公知，因此不再赘述。

本实用新型的锂电池的装配可按如下步骤进行：隔膜卷绕正极片和负极片形成电芯30，将电芯30插入外壳20内腔，正极片、负极片分别引出有极耳，通过引片分别与外壳20、盖帽组件10连接；再注入电解液浸渍电芯，随后，将盖帽组件10与装有电芯30的外壳20进行密封，即可本实用新型的锂电池；本实用新型的锂电池为采用改进的盖帽组件10的锂电池，盖帽组件20的具体改进如下详述。

本实用新型优选实施例的盖帽组件为圆柱形锂电池的盖帽组件，其结构如图2及图3所示，包括电连接组件以及设于电连接组件外侧的用于防止电连接组件与电池外壳电接触的密封圈7，电连接组件从下至上包括依次电连接的孔板6、防爆板4、PTC 3和上帽1；所述上帽1、PTC 3、防爆板4依次层叠置于密封圈7中，所述防爆板4的边缘向上翻边包裹所述PTC 3和上帽1，上帽1与防爆板4之间还设置有用于防止上帽1与防爆板4电接触的绝缘圈2。

所述密封圈7的结构和形状为本领域技术人员所公知，其作用在于一方面用于填充外壳20与盖帽组件10之间的空隙，防止电池漏液；另一方面，用于绝缘外壳20和盖帽组件10，防止电池短接。

所述孔板6位于第二极耳（未图示）与防爆板4之间，孔板6的结构和形状为本领域技术人员所公知，孔板6的下表面与第二极耳电连接，孔板6上表面的中部与防爆板4中部的下凹部分通过多点焊接实现电连接；孔板6上设有第一排气孔，上帽1上设有第二排气孔。作为本领域技术人员的公知常识，第一排气孔、第二排气孔的个数没有特殊限定，可为一个或者多个，电池内部的气体可通过孔板6上的第一排气孔、上帽1上的第二排气孔排出电池。另外，防爆板4与孔板6之间还设有孔板垫圈5，所述孔板垫圈5设于孔板6上表面周缘，所述防爆板4中部的下凹部分穿过孔板垫圈5与孔板6上表面的中部相焊接。

参阅图2，所述绝缘圈2设置于上帽1的周缘，防爆板4的周缘向上翻边包裹所述绝缘圈2，用于防止防爆板4与上帽1直接电连接。绝缘圈2、孔板垫圈5均可采用本领域常用的高温氟塑料垫圈，优选采用全氟烷氧基树脂（PFA），可防止电池高温时垫圈软化、融化导致盖帽组件断电失效。

如图4-6所示，所述PTC 3包括：PTC本体30以及分别位于PTC本体30上、下表面的第一、第二金属层31、32；其中，所述第一、第二金属层31、32可以由任何导电材料制成，优选为镍箔层或铝箔层；所述PTC本体30可以为本领域技术人员公知的对温度敏感的高分子聚合物材料，例如：可以由57wt%高密度聚乙烯、3wt%乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和40wt%的导电粒子在160-190℃下混炼而成；然后用镍箔或铝箔夹持该混炼物，用热压机在190℃、5kg/cm²、60秒的条件下热压成型即可得到PTC 3。

在上帽1和防爆板4之间设置PTC 3（Positive Temperature Coefficient正温度系数热敏电阻），通过PTC 3对温度的敏感来及时反馈电池内部异常情况。PTC 3主要起到过电流保护和过热保护的作用，PTC 3的结构已为本领域技术人员所公知，在本实施例的圆柱型锂离子电池中，采用环状的PTC，电流依次通过孔板6、防爆板4、PTC 3和上帽1。当加载电流过高，PTC本体30的温度高于PTC本体30的启动温度（80℃~100℃）时，PTC本体30内的聚合物微晶熔化变成不定型的状态，熔化过程中PTC本体30膨胀，使得导电颗粒相互错开，导致内阻非线性的急剧升高，从而限制通过电流，起到保护作用。

所述防爆板4的边缘可折弯，作为本领域技术人员的公知常识，防爆板4上具有圆形刻痕，电池内部气压过大时，防爆板4从刻痕处破裂，防止电池内部高压气体迅速排泄，避免排气不及时导致电池爆炸。

参阅图1，在现有技术中，PTC 3'紧紧贴合于上帽1'与防爆片4'之间，其中，PTC 3'上表面的第一金属层与上帽相接触，PTC 3'下表面的第二金属层与防爆板相接触，这种接触方式在电池长期的使用过程中，会由于外界震动或者防爆板老化导致PTC 3'与上帽1'、防爆板4'的接触不良，导致接触内阻发生飘移或升高。因而，在本实用新型中，将所述第一金属层31与所述上帽1相焊接，所述第二金属层32与所述防爆板4相焊接，PTC 3与上帽1、防爆板4之间为焊接方式连接，降低了盖帽组件本身的阻抗值，并且焊接式连接使得盖帽组件在电池后期长时间的使用过程中，不会因固定件（如防爆板4）老化，接触面接触不良（如松动或氧化）而使盖帽组件的阻抗值发生飘移或升高。

参阅图2-6，在本实施例中，所述PTC 3的第一金属层31与所述上帽1的焊接以及PTC 3的第二金属层32与所述防爆板4相焊接通过沉孔焊接实现，具体来说，在所述上帽1上开设通孔11，所述上帽1可采用现有结构的上帽，包括设于中部的凸起部12及围绕该凸起部12设置的连接部13，所述凸起部12用作引出电池电极的连接部位，所述连接部13用于与PTC 3相接触。所述通孔11开设于所述连接部13上，对通孔11的数量没有特殊限定，可为一个或者多个，通孔11的直径小于所述连接部13的径向尺寸；为了保证通孔11的设置不影响上帽1与PTC 3的电连接，优选地，所述通孔11的数量为1-6个，通孔11的直径为所述连接部13的径向尺寸的1/6~1/3；更优选地，如图2所示，所述通孔11为两个，呈中心对称设置，以方便对位和焊接。

参阅图4及图5，所述PTC 3为环形PTC，PTC 3的上表面31开设有第一沉孔33，所述第一沉孔33与所述通孔11对应设置，并且所述第一沉孔33穿过第一金属层31和PTC本体30，同时保留第二金属层32不受损。对第一沉孔33的数量没有特殊限定，可为一个或者多个，优选地，所述第一沉孔33为1-6个，第一沉孔33的直径为所述PTC 3的径向尺寸的1/6~1/3。由于要求所述第一沉孔33与所述通孔11对应设置并连通，因而所述第一沉孔33的数量和尺寸应与所述通孔11的数量和尺寸相一致，如图2-5所示，在本实施例中，所述第一沉孔33为两个，该两个第一沉孔33呈中心对称设置，分别与所述的两个通孔11对应设置并相通。

参阅图4及图6，所述PTC 3的下表面开设有第二沉孔34，所述第二沉孔34穿过第二金属层32和PTC本体30，同时保留第一金属层31不受损。对第二沉孔34的数量没有特殊限定，可为一个或者多个，优选地，所述第二沉孔34为1-6个，第二沉孔34的直径为所述PTC 3的径向尺寸的1/6~1/3，并且第二沉孔34与PTC 3中心的连线与第一沉孔33与PTC 3中心的连线呈20-160，便于第一沉孔和第二沉孔的设置，以避免干涉。在本实施例中，所述第二沉孔34为两个，该两个第二沉孔34呈中心对称设置，并且该两个第二沉孔34的连线与两个第一沉孔33的连线呈90°。

本实施例的盖帽组件的装配可按如下步骤进行：1）、将上帽1和PTC 3重叠，使上帽1上开设的两个通孔11和PTC 3上表面开设的两个第一沉孔33相对应并连通，然后通过PTC 3下表面开设的第二沉孔34进行焊接，由于第二沉孔34穿过第二金属板32和PTC本体30，通过所述第二沉孔34进行焊接，可使所述第一金属层31与所述上帽1相焊接。更具体地说，所述第一金属层31位于所述第二沉孔34内的部分为第二点焊区311，通过上述焊接，所述上帽1与所述第二点焊区311相焊接，在本实施例中，所述上帽1与PTC 3的第一金属层31上的两个第二点焊区311通过焊接形成直接连接。2）、将绝缘圈2内扣上帽1和PTC 3的边缘，所述防爆板4的边缘向上翻边包裹绝缘圈2、以及已焊接连接的PTC 3和上帽1；3）、由于上帽1上开设的两个通孔11和PTC 3上表面开设的两个第一沉孔33相对应并连通，并且由于所述第一沉孔33穿过第一金属层31和PTC本体30，通过所述通孔11、第一沉孔33进行焊接，使得所述第二金属层32与所述防爆板4相焊接，更具体地说，所述第二金属层32位于所述第一沉孔33内的部分为第一点焊区321，通过上述焊接，所述防爆板4与所述第一点焊区321相焊接，通过上述步骤将上帽1、PTC 3、防爆板4焊接为一体；4）、再孔板6和孔板垫圈5组合后焊接到防爆板4另一侧，然后将组合好的电连接组件放入密封圈7内，得到盖帽组件。

本实用新型中，盖帽组件中电连接组件之间的电连接均为面与面的接触，可通过普通的电焊方式或激光焊进行焊接，也可以通过电子束或高频焊熔接，并且，第一金属层31与所述上帽1的焊接，所述第二金属层32与所述防爆板4的焊接也可通过电子束或高频焊熔接，从而可提高盖帽组件之间的结合力，有效降低盖帽组件的内阻；另外，采用电子束或高频焊的电连接方式，在高频震动、跌落、翻滚测试时能有效防止盖帽组件遭受外力破坏导致内阻漂移。

与现有盖帽组合件相比，由于本实用新型优选实施例的盖帽组件具有如下优点：

一、由于电连接组件之间均是焊接连接，尤其是上帽、PTC、防爆板之间为焊接方式连接，降低了盖帽组件本身的阻值，参阅表1：

表1

二、上帽、PTC、防爆板之间的焊接式连接使得盖帽组件在电池后期长时间的使用过程中，不会因固定件老化接触面松动及氧化而使盖帽组件的阻值发生飘移或升高；并且，该盖帽组件用于电池中，能够有效地防止电池自放电大，放出容量低及使用过程发热严重导致内部短路和起火的现象。

可以理解的是，只要能够将所述第一金属层31与所述上帽1相焊接，所述第二金属层32与所述防爆板4相焊接，使上帽1、PTC 3、防爆板4形成一体的焊接方式均可用于本实用新型，并不局限于上述优选实施例的方式。例如：在本实用新型的其它实施例中，可不在PTC 3的第二金属层32上开设第二沉孔34，不通过第二沉孔34来实现第一金属层31与所述上帽1之间的焊接，而是可以直接将上帽1焊接于第一金属层31上，但是该方式对焊接工艺的要求较高，因为上帽1的制作材料为铁镀镍的材料，采用激光焊将上帽1焊接于第一金属层31上，由于需要熔焊上帽1，因而所需的焊接能量比穿过第二沉孔34熔焊第一金属层31的能量高，如果这个能量所引起的温度升高超过PTC 本体的启动温度（80℃~100℃）时，会导致PTC本体30膨胀，使得PTC本体30内导电颗粒相互错开，焊接完成后，虽然PTC本体30会恢复原状，但其内阻已呈倍数增大，因而，采用非沉孔焊来对PTC与上帽或防爆板进行焊接，对焊接能量和温度的控制要求非常高；而通过第二沉孔34熔焊第一金属层31，因为第一金属层31的厚度小，所需的焊接能量小，不足以导致PTC 本体的启动，可操作性更强，焊接效果更佳。另外，因为防爆板4的制作材料为铝料，因而，采用激光焊将防爆板4与第二金属层32焊接所需的能量要小于将盖帽1与第一金属层31焊接所需的能量，但是该能量也远远大于通过通孔11、第一沉孔33熔焊第二金属层32的能量，焊接引起的温升依然有可能超过PTC 本体的启动温度（80℃~100℃），并且，由于防爆板4兼具保护和防爆等作用，直接焊接防爆板4 ，可能会对防爆板4的结构造成影响，因而通过通孔11、第一沉孔33将第二金属层32熔焊于防爆板4，其可操作性更强，焊接效果更佳。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池的盖帽组件，包括：电连接组件以及设于电连接组件外侧的用于防止电连接组件与电池外壳电接触的密封圈，所述电连接组件包括依次电连接的防爆板、PTC和上帽；所述上帽、PTC、防爆板依次层叠置于密封圈中，所述防爆板的边缘向上翻边包裹所述PTC和上帽，上帽与防爆板之间还设置有用于防止上帽与防爆板电接触的绝缘圈；

其特征在于，所述PTC包括PTC本体及设于PTC本体上、下表面的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层与所述上帽相焊接，所述第二金属层与所述防爆板相焊接。

2.根据权利要求1所述的盖帽组件，其特征在于，所述上帽上开设有通孔，所述PTC的上表面开设有与所述通孔相通的第一沉孔，所述第一沉孔穿过第一金属层和PTC本体，所述第二金属层位于所述第一沉孔内的部分为第一点焊区，所述防爆板与所述第一点焊区相焊接。

3.根据权利要求1所述的盖帽组件，其特征在于，所述PTC的下表面开设有第二沉孔，所述第二沉孔穿过第二金属层和PTC本体，所述第一金属层位于所述第二沉孔内的部分为第二点焊区，所述上帽与所述第二点焊区相焊接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的盖帽组件，其特征在于，所述上帽包括设于中部的凸起部及围绕该凸起部设置的连接部；所述通孔开设于所述连接部，通孔的直径小于所述连接部的径向尺寸。

5.根据权利要求4所述的盖帽组件，其特征在于，所述通孔为1-6个，通孔的直径为所述连接部的径向尺寸的1/6~1/3。

6.根据权利要求4所述的盖帽组件，其特征在于，所述通孔为两个，该两个通孔为中心对称设置。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的盖帽组件，其特征在于，所述PTC为环形PTC，所述第一沉孔和第二沉孔分别为1-6个，第一沉孔和第二沉孔的直径分别为所述PTC的径向尺寸的1/6~1/3，所述第一沉孔的数量和尺寸与所述通孔的数量和尺寸相一致。

8.根据权利要求7所述的盖帽组件，其特征在于，所述第一沉孔为两个，该两个第一沉孔呈中心对称设置。

9.根据权利要求8所述的盖帽组件，其特征在于，所述第二沉孔为两个，该两个第二沉孔呈中心对称设置；并且两个第二沉孔的连线与两个第一沉孔的连线呈20-160°。

10.一种锂电池，包括：外壳、用于封闭外壳的盖帽组件以及位于外壳和盖帽组件所围成的空腔内的电芯和电解液；电芯上引出有第一极耳和第二极耳，其中第一极耳与外壳电连接，第二极耳与盖帽组件电连接；其特征在于，所述盖帽组件采用如权利要求1-9任意一项所述的盖帽组件。

Images